GNSS RT-PPP和RTK關(guān)鍵技術(shù)及其一體化服務(wù)方法研究

舒 寶

長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054

目前基于載波相位的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分(RTK)和實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位(RT-PPP)技術(shù)是GNSS實(shí)時(shí)高精度導(dǎo)航定位應(yīng)用中最為常見的兩種技術(shù)。RTK面臨的主要問題是隨著基線距離的增長(zhǎng)大氣誤差相關(guān)性降低。相比RTK，RT-PPP需額外依賴高精度的軌道、鐘差、硬件延遲產(chǎn)品，快速PPP的關(guān)鍵是盡可能削弱實(shí)時(shí)軌道、鐘差誤差的影響，提高PPP模糊度固定(PPP-AR)的可靠性。另外，隨著GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)的不斷發(fā)展，基于區(qū)域參考站網(wǎng)的大氣產(chǎn)品可以為RTK和RT-PPP用戶提供快速精密定位服務(wù)，然而目前針對(duì)兩種用戶的服務(wù)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。此外，在實(shí)時(shí)高精度應(yīng)用中還需考慮通信延遲的影響。

針對(duì)RT-PPP及RTK快速高精度定位的幾個(gè)關(guān)鍵問題，論文圍繞GNSS中長(zhǎng)距離RTK定位，GNSS實(shí)時(shí)整數(shù)鐘估計(jì)及PPP固定解定位，基于區(qū)域參考站網(wǎng)的RT-PPP及RTK一體化服務(wù)方法及顧及通信延遲的GNSS精密定位等4個(gè)方面的內(nèi)容開展了研究，主要工作及成果如下：

(1) 研究了影響北斗中長(zhǎng)距離RTK定位效果的主要因素，提出一種基于先驗(yàn)對(duì)流層約束的中長(zhǎng)距離RTK定位解算方法。中長(zhǎng)距離RTK定位需估計(jì)對(duì)流層參數(shù)，但是該參數(shù)與坐標(biāo)高程分量強(qiáng)相關(guān)容易導(dǎo)致法方程病態(tài)問題。將GPT2先驗(yàn)對(duì)流層信息作為虛擬觀測(cè)值可以有效緩解中長(zhǎng)距離RTK模型的病態(tài)問題，加速對(duì)流層和高程方向坐標(biāo)參數(shù)的分離。不同對(duì)流層環(huán)境下15條基線數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，對(duì)流層約束模型可以有效改善中長(zhǎng)距離RTK的定位效果，相比傳統(tǒng)RTK模型，單BDS和GPS/BDS組合RTK定位的首次固定時(shí)間分別縮短30.9%和33.0%，RTK固定解在高程方向的RMS分別降低了40.0%和19.8%。

(2) 提出使用區(qū)域參考站估計(jì)區(qū)域整數(shù)鐘的方法提高PPP用戶固定解的精度及可靠性。充利用PPP-RTK服務(wù)區(qū)域范圍內(nèi)的軌道誤差一致性，研究了補(bǔ)償軌道誤差的多模區(qū)域整數(shù)鐘的快速估計(jì)算法。利用區(qū)域參考站覆蓋范圍及周圍的5個(gè)流動(dòng)站使用區(qū)域整數(shù)鐘進(jìn)行PPP動(dòng)態(tài)定位時(shí)，相比CNES的全球產(chǎn)品，GPS/BDS組合PPP固定解的水平和高程方向精度平均提升65%和50%，首次固定時(shí)間從18 min縮短至13 min。

(3) 在區(qū)域整數(shù)鐘的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基于區(qū)域參考站網(wǎng)非差大氣信息的PPP及RTK的一體化服務(wù)模式。將平均站間距約100 km的參考站網(wǎng)提取的非差大氣信息生成虛擬參考站(VRS)觀測(cè)值以及PPP增強(qiáng)大氣信息用于終端RTK及PPP定位，并通過多次初始化進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，區(qū)域大氣改正數(shù)可以顯著提升終端定位的初始化速度，對(duì)于PPP和RTK用戶，60.0%和87.7%的時(shí)段單歷元即可得到固定解。值得注意的是基于VRS模式的RTK定位等價(jià)于大氣強(qiáng)約束，在大氣建模精度較差時(shí)定位精度會(huì)顯著下降，而采用虛擬大氣約束的PPP增強(qiáng)模式定位精度幾乎不受影響。

(4) 研究了通信延遲下的GPS、GLONASS、BDS、Galileo異步RTK定位性能，重點(diǎn)分析了影響異步RTK定位精度的主要因素。相比同步RTK，異步RTK的精度會(huì)隨通信延遲的增長(zhǎng)而下降，但是不同系統(tǒng)下降幅度差異較大。BDS和Galileo異步RTK的精度要明顯優(yōu)于GPS和GLONASS，主要原因是在同樣的通信延遲時(shí)間內(nèi)BDS和Galileo的廣播星歷誤差變化要小于GPS和GLONASS。相比軌道誤差，鐘差誤差對(duì)異步RTK的影響更為嚴(yán)重。另外，在電離層活躍時(shí)BDS異步RTK具有一定優(yōu)勢(shì)，主要原因是BDS 5顆GEO衛(wèi)星位置幾乎保持不變，在同樣的通信延遲時(shí)間內(nèi)其電離層延遲變化小。